## KARAKTERISASI SILIKA PADA TONGKOL JAGUNG DENGAN SPEKTROSKOPI INFRA MERAH DAN DIFRAKSI SINAR-X

## Gladys Ayu Paramita Kusumah Wardhani
Program Studi Kimia Universitas Nusa Bangsa email: gladys.paramita@gmail.com /gladys.unb.ac.id
Received 22 Pebuari 2017 Accepted 9 April 2017

## Abstrak
Penelitian  ini dilakukan untuk mengisolasi silika pada tongkol  jagung  menggunakan HCl dengan  variasi  suhu  perendaman.  Silika  yang  diperoleh  dikarakterisasi  ikatan  dan strukturnya menggunakan spektroskopi infra merah dan difraksi sinar-X. Silika dari serbuk tongkol  jagung  diperoleh  dengan  cara  nontermal  melalui  perendaman  dengan  HCl  pada suhu kamar dan suhu 60˚C selama 3 jam dan cara termal melalui pembakaran pada suhu 800˚C.  Silika  yang  diperoleh  dikarakterisasi  ikatannya  dan  diperoleh    pita  serapan karakteristik  silika  muncul  pada  bilangan  gelombang  1101,  794,  dan  468  cm -1 .  Struktur silika  yang  dikarakterisasi  menggunakan  difraktometer  sinar-X  menunjukkan  fase  amorf silika pada 2θ = 21 - 25 ᵒ dan mulai terbentuk fase kristalin pada 2θ = 26 ᵒ .
Kata kunci: Silika pada tongkol jagung, spektroskopi infra merah, difraksi sinar-X

## Abstract
This  study  was  conducted  to  isolate  the  silica  on  a  corn  cob  using  HCl  with  soaking temperature  variation.  The  silica  was  characterized  bonding  and  structure  using  infrared spectroscopy  and  X-ray  diffraction.  Silica  of  corn  cob  powder  obtained  by  nontermal through immersion with HCl at room temperature and at 60 ᵒ C for 3 hours and thermal way through burning at 800 ᵒ C. The silica was characterized bondage and obtained an absorption band  characteristic  of  silica  appears  at  wave  number  1101,  794,  and  468  cm -1 .  Silica structure characterized using X-ray diffraction that showed the amorphous phase silica 2θ˚ = 21 - 25 ᵒ and begin to form the crystalline phase in 2θ˚ = 26 ᵒ .
Keywords: Silica on corn cobs, infrared spectroscopy, X-ray diffraction

## Pendahuluan
Silika  merupakan  senyawa  kimia  SiO 2 yang  telah  banyak  dimanfaatkan  sebagai zat  warna  (Ke et  al ,  2016),  obat-obatan (Hacene et  al ,  2016),  piranti  elektronik (Sharma et al , 2016), keramik (Nien et al , 2016),  katalis  (Liu et  al ,  2016),  dan material  pendukung  katalis  (Ewing et  al , 2016). Hal  ini disebabkan silika  memiliki sifat  yang  terbukti  memiliki  stabilitas tinggi, fleksibilitas
kimia, dan
biokompatibilitas  yang  berperan  penting bagi  berbagai  lingkup  (Nandiyanto et  al ,
2014). Silika di alam dapat diperoleh dari mineral  dan  bahan  nabati.  Penelitian tentang  silika  yang  diperoleh  dari  bahan nabati  telah  dilakukan  oleh  Rafiee et  al , 2012  yang  mendapatkan  nanosilika  dari sekam padi dan Rahman et  al, 2015  yang mendapatkan  silika  mesopori  dari  abu ampas tebu.
Selain  sekam  padi  dan  ampas  tebu, salah  satu  alternatif  sumber  silika  dari bahan  nabati  yaitu  tongkol  jagung. Tongkol  jagung  memiliki  kandungan selulosa 40 - 45%, hemiselulosa 30 - 35% dan  lignin  10-20%  (Velmurugan et  al , 2015)  sedangkan  abu  tongkol  jagung mengandung silika lebih dari 60% dengan sejumlah kecil unsur-unsur logam (Adesanya and Raheem,  2009).  Silika pada serbuk tongkol jagung dapat diisolasi secara  termal  dan  nontermal.  Secara nontermal  silika  dapat  diisolasi  dengan HCl  (Roschat et  al ,  2016).  Penelitian  ini dilakukan  untuk  mengisolasi  silika  pada tongkol jagung menggunakan HCl dengan variasi  suhu  perendaman.  Silika  yang diperoleh kemudian dikarakterisasi  ikatan dan strukturnya menggunakan spektroskopi  infra  merah  dan  difraksi sinar-X.

## Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Peralatan    yang  digunakan  dalam penelitian  ini  meliputi, spektrometer infra merah  (Nicolet  Avatar  360  FT-IR:
Fourrier Transform Infra Red ), difraktometer sinar-X (PANalytical Empyrean), magnetic  stirrer , hot  plate , oven, furnace , neraca analitis, ayakan 100 mesh, dan peralatan gelas.
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  yaitu  tongkol  jagung  ( (Zea mays  saccharata )  varietas  Bonanza  yang diperoleh dari daerah Jonggol, Kabupaten Bogor),  kertas  saring,  akuades,  dan  HCl 37% (Merck).

## Prosedur Penelitian Preparasi serbuk tongkol jagung
Tongkol  jagung  yang  didapat  dari daerah  Jonggol,  Kab.Bogor,  dicuci  dan dikeringkan  di  bawah  sinar  matahari hingga  benar-benar  kering.  Tongkol jagung dicacah dan dioven pada suhu 60ºC selama  12  jam.  Tongkol  jagung  kering dihaluskan dan diayak dengan ayakan 100 mesh.

## Preparasi silika dengan HCl
Metode  preparasi  silika  diadopsi  dari penelitian  Roschat et  al ,  2016  dengan beberapa  modifikasi.  Serbuk  halus  yang telah kering ditimbang sebanyak 90 gram dan dibagi menjadi tiga bagian yang sama dalam gelas piala 250 mL. Masing-masing serbuk  dicuci  dengan  akuades  dan disaring. Endapan dikeringkan dalam oven selama  24  jam  dan  diberi  label  STA (serbuk  tongkol  jagung  tanpa  perlakuan asam),  STB  (serbuk  tongkol  jagung  yang direndam  dengan  HCl  pada  suhu  kamar) dan  STC  (serbuk  tongkol  jagung  yang direndam  dengan  HCl  pada  suhu  60ºC). STB dan STC ditambah dengan HCl 3 M masing-masing  200  mL.  STB  diaduk dengan magnetic  stirer pada  suhu  kamar sedangkan  STC  diaduk  pada  suhu  60˚C selama  3  jam.  Serbuk  dicuci  dengan akuades  dan  disaring.  Endapan  yang diperoleh  dikeringkan  pada  suhu  110˚C. STA, STB dan STC dikalsinasi pada suhu 800˚C selama 4 jam.

## Karakterisasi silika
Karakterisasi  struktur  silika  dilakukan dengan  instrumen  spektrometer  infra merah ( Fourrier Transform Infra Red : FT- IR) dan Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction :  XRD).  Pada  karakterisasi menggunakan FT-IR, serbuk halus padatan dicampur  dengan  KBR  dan  dibuat  pelet. Serapan  inframerah  padatan  diukur  pada rentang  bilangan  gelombang  4000  -  300 cm -1 .  Pada  karakterisasi  menggunakan XRD,  serbuk  halus  padatan  diukur  pola difraksinya pada 2θ° = 10 - 80°.

## Hasil dan Pembahasan
Silika dalam Serbuk Tongkol Jagung Senyawa-senyawa  selain  silika  yang terkandung  dalam  tongkol  jagung  dapat dihilangkan  dengan  metode  termal  dan nontermal.  Preparasi  silika  pada  serbuk tongkol  jagung  dilakukan  dengan  metode perendaman  menggunakan  larutan  HCl. Perlakuan  ini  termasuk  dalam  metode nontermal. Asam klorida digunakan dalam penelitian  ini  karena  dapat  mereduksi
senyawa-senyawa  organik  dan  senyawa anorganik lain selain silika seperti Mg, Na, K,  dan  Ca  (Umeda et  al ,  2009)  yang terdapat  dalam  tongkol  jagung.  Serbuk tongkol jagung yang direndam dengan HCl dilakukan  pada  dua  variasi  suhu,  yaitu suhu kamar dan suhu 60˚C. Hal ini untuk mengetahui  suhu  optimum  perendaman dalam  mendapatkan  silika  dari  tongkol jagung.
Metode  termal  dilakukan  melalui pembakaran  pada  suhu  tinggi  untuk menghasilkan abu tongkol jagung sebagai sumber silika. Penelitian oleh Rafiee et al (2012)  mengenai  optimasi  dan  sintesis nanosilika dari sekam padi, menggunakan variasi  suhu  pembakaran  500  dan  700ºC menunjukkan  bahwa  sekam  padi  yang dibakar  pada  suhu  700ºC  lebih  putih daripada  suhu  500ºC.  Sedangkan  pada penelitian ini, serbuk tongkol jagung diberi perlakuan  termal  dengan  cara  dikalsinasi pada suhu 800ºC selama 4 jam. Proses ini merupakan  tahap  penting  karena  selama proses  termal,  zat-zat  selain  silika  dapat terdekomposisi dan hilang.
Serbuk  dari  ketiga  sampel  yang dihasilkan berbeda penampakan warnanya. STA berwarna coklat keabuan, STB  coklat  terang  (keputih-putihan)  dan STC  warnanya  coklat  terang  (keputih- putihan) namun lebih terang daripada STB (Gambar  1).  Warna  serbuk  yang  masih terlihat  kecoklatan  ini  disebabkan  oleh residu  lain  seperti  karbon  dan  beberapa jenis  oksida  lain  yang  masih  tertinggal. Berdasarkan penampakan warnanya, silika yang  diperoleh  pada  penelitian  ini  bukan merupakan silika yang murni.
(a) (b)
(c)
Gambar 1 . Foto Sampel Serbuk (a) STA, (b) STB dan (c) STC
Spektra Infra Merah Silika
Serbuk  tongkol  jagung  yang  telah dipreparasi, diamati pita serapan silikanya menggunakan  spektrometer  FT-IR  pada bilangan  gelombang  4000  -  300  cm -1 . Ketiga serbuk tongkol jagung memberikan hasil  spektra  yang  ditunjukkan  pada Gambar  2.  Spektra tersebut  menunjukkan gugus  kimia  utama  yang  muncul  pada STA,  STB  dan  STC.  Pita  serapan  yang melebar pada daerah 3400 cm -1 menunjukkan vibrasi ulur ikatan O-H pada gugus  silanol  (Si-OH)  dan  diikuti  dengan spektra  tekuk  ikatan  O-H  pada  daerah 1630 cm -1 pada matriks silika (Dang et al , 2013). Pita serapan ikatan O-H pada STA, STB dan STC masing-masing  3435, 3452, dan 3441 cm -1 . Intensitas pita serapan pada STC  lebih  rendah  jika  dibandingkan dengan  STA  dan  STB.  Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Amin et al (2016) tentang silika pada abu dasar pada industri  gula  menunjukkan  vibrasi  ulur asimetri ikatan siloksana (Si-O-Si) muncul pada  1060–1100  cm -1 .  Sedangkan  vibrasi ulur  asimetri  Si-O-Si  muncul  pada  630  - 920 cm -1 . Vibrasi tekuk kerangka struktur O-Si-O ditunjukkan pada pita serapan 460 - 480 cm -1 . Hasil penelitian ini menunjukkan,  pita  serapan  vibrasi  ulur asimetri  Si-O-Si  pada  STA  1037  cm -1 , STB  1099  cm -1 dan  STC  1101  cm -1 . Sedangkan  vibrasi  ulur  simetri  Si-O-Si pada  STA  784  cm -1 ,  STB  793  cm -1 dan STC 794 cm -1 . Vibrasi tekuk O-Si-O pada STA,  STB  dan  STC  masing-masing  454,
467 dan 468 cm -1 .
Pita serapan senyawa-senyawa organik pada  daerah  bilangan  gelombang  1500  - 1700  cm -1 muncul  pada  STA  yaitu  pada bilangan  gelombang  1500  cm -1 dengan intensitas yang kecil. Pita serapan ini tidak terlihat  pada  STB  dan  STC.  Pita  serapan senyawa-senyawa  organik  pada  STA masih  muncul  karena  tidak  dilakukan ekstraksi  HCl  terhadap  serbuk  tongkol jagung, meskipun sudah dilakukan pemanasan  pada  suhu  800ºC.  Hal  ini menunjukkan bahwa penghilangan senyawa-senyawa selain silika tidak cukup
hanya  dengan  metode  termal  namun diperlukan juga metode nontermal.
Gambar 2. Spektra Infra Merah (a) STA,
(b) STB dan (c) STC

## Difraktogram Sinar-X Silika
Karakterisasi  dengan  XRD dilakukan untuk  mengetahui  struktur  silika  dari serbuk tongkol jagung. Gambar 3 menunjukkan  difraktogram  silika  pada STC.  Berdasarkan  difraktogram  tersebut terlihat  bahwa  silika  pada  STC  yang dikalsinasi  pada  suhu  800ºC  memiliki struktur  amorf  yang  ditunjukkan  pada daerah  2θº  =  21  -  25º  namun,  terdapat puncak yang tajam pada 2θº = 26º. Puncak yang tajam ini menunjukkan fase kristalin yang mulai muncul pada silika STC. Fase kristal  tersebut  merupakan  silika  dalam bentuk  kuarsa  (NIOSH  Manual  of
Analytical Methods, 2003). Struktur amorf SiO 2 dapat  diperoleh  melalui pembakaran abu  pada  suhu  750ºC  (Mohanraj et  al ,
2012).  Di  atas  suhu  tersebut  terjadi penataan  struktur  silika  dari  fase  amorf menjadi  fase  kristalin  seperti  yang  terjadi pada penelitian ini. Silika yang mendominasi  pada  hasil  penelitian  ini berupa silika amorf. Diameter  kristal  silika  yang  terbentuk dapat  dihitung  menggunakan  formulasi berdasarkan metode Scherrer. Fase kristalin  silika  pada  sudut  2θº  =  26º memiliki  nilai  FWHM  (lebar  setengah puncak)  =  0,0646  rad.  Hasil  perhitungan diperoleh  nilai  diameter  kristal  silika sebesar 235,39 nm.
Gambar 3 . Pola Difraksi Sinar-X STC

## Kesimpulan
Silika  pada  tongkol  jagung  dapat diperoleh dengan mengisolasinya
menggunakan HCl pada suhu perendaman 60ºC selama 3  jam dan  mengkalsinasinya pada suhu 800ºC.
Berdasarkan
karakterisasinya menggunakan FT-IR, pita serapan karakteristik  silika  muncul  pada  bilangan gelombang  1101,  794,  dan  468  cm -1 . Sedangkan  karakterisasi  menggunakan XRD menunjukkan fase amorf silika pada 2θº  =  21  -  25º  dan  mulai  terbentuk  fase kristalin pada 2θº = 26º.

## Ucapan Terimakasih
Penulis mengucapkan terimakasih kepada  Kepala  Laboratorium  Kimia, Universitas Nusa Bangsa yang memberikan  ijin  untuk  melaksanakan penelitian  di  laboratorium,  Drs.  Agus Taufik,  M.Si  yang  telah  meluangkan waktu  untuk  berdiskusi  dengan  penulis, Laboratorium pengujian Universitas Islam Indonesia,  Yogyakarta  untuk  analisis  FT- IR,  dan  Laboratorium  pengujian  Pusat Sains  dan  Teknologi  Bahan  Maju, BATAN, Serpong untuk analisis XRD.

## Daftar Pustaka
Adesanya,  D.A.,  and  Raheem,  A.,  2009, Development  of  Corn  Cob  Ash Blended  Cement, Construction  and Building Materials , 23 (1); 347–352 Amin,  N.,  Khattak,  S.,  Noor,  S.,  and Ferroze,  I.,  2016,  Synthesis  and Characterization of Silica from Bottom  Ash  of  Sugar  Industry, Journal  of  Cleaner  Production ,  117; 207-211
Dang,  T.H,  Bing-Hung  C.,  Duu-Jong  L., 2013,  Application  of  Kaolin-Based Catalysts in Biodiesel Production Via Transesterification  of  Vegetable  Oils in  Excess  Methanol, Bioresource Technology , 145; 175–181 Ewing,  C.,  Veser,  G.,  McCarthy,  J.,
Lambrecht,  D.,  Johnson,  J.,  2016,
Predicting Catalyst-Support Interactions between Metal
Nanoparticles  and  Amorphous  Silica Supports, Surface Science Hacene,  Y.,  Singh,  A.,  Van  den  Mooter,
G., 2016, Drug Loaded and Ethylcellulose  Coated  Mesoporous Silica  for  Controlled  Drug  Release Prepared  Using  a  Pilot  Scale  Fluid Bed System, International Journal of Pharmaceutics , 506 (1); 138-147
Ke, S., Pan, Z., Wang, Y., Ning, C., Zheng, S.,  2016,  Synthesis  of  a  Pigment  of Monodispersive Spherical Silica Particles  Coated  with  Neodymium Disilicate, Ceramics International , 42 (9); 11500-11503
Liu, S., You, K., Jian, J., Zhao, F., Zhong,
W.,  2016,  Mesoporous  Silica  Gel  as an Effective and Eco-Friendly Catalyst for Highly Selective
Preparation of Cyclohexanone Oxime by Vapor Phase Oxidation of Cyclohexylamine with Air, Journal of Catalysis , 338; 239-249 Mohanraj  K,  Kannan  S,  Barathan  S, Sivakumar  G,  2012,  Preparation  and Characterization  of  Nano  SiO 2 from Corn  Cob  Ash  by  Precipitation Method,
Optoelectronics and Advanced Materials , 6, (3-4); 394-397
Nandiyanto,  A.,  Suhendi,  A.,  Ogi,  T.,
Umemoto,  R.,  Okuyama,  K.,  2014, Size- and Charge-Controllable
Polystyrene Spheres for Templates in The  Preparation  of  Porous  Silica Particles  with  Tunable  Internal  Hole Configurations, Chemical Engineering Journal , 256; 421-430 Nien,  Y.,   You,  J.,  2016,  Improved Thermal Quenching of Y 3 Al 5 O 12 : Ce
Phosphor Ceramics with Silica
Addition, Journal  of  Alloys  and Compounds , 678;  1-4
NIOSH  Manual  of  Analytical  Methods (NMAM), 2003 , Silica Crystalline, by XRD: METHOD 7500, Fourth
Edition , 4; 5
Rafiee, E., Shabnam S., Mostafa F., Mahdi S.,  2012,  Optimization  of  Synthesis and  Characterization  of  Nanosilica Produced from Rice Husk (a Common Waste  Material), International  Nano Letters , 2 (29); 2-8
Rahman  N.A.,  Ika  W.,  Sri  R.J.,  Heru  S.,
2015, Synthesis of Mesoporous Silica with  Controlled  Pore  Structure  from Bagasse  Ash  as  a  Silica  Source,
Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects , 476; 1–7
Roschat,  W.,  Theeranun  S.,  Boonyawan W.,  Vinich  P.,  2016,  Rice  Husk- Derived  Sodium  Silicate  as  a  Highly Efficient and Low-Cost Basic
Heterogeneous Catalyst  for Biodiesel Production, Energy  Conversion  and Management , 119; 453–462 Sharma, H., Pulugurtha, M., Tummala, R., 2016, Chemical Synthesis of Low- Coercivity,  Silica/Co  Composites  for High-Frequency Magnetic Components, Materials  Chemistry and Physics , 175; 46-53
Umeda,  J.,  Imai  H.,  Kondoh  K.,  2009, Polysaccharide Hydrolysis and Metallic Impurities Removal
Behavior of Rice Husks in Citric Acid Leaching  Treatment, Transactions  of JWRI , 38 (2); 13-18.
Velmurugan, P., Shim, J., Lee, K.J., Cho, M.,  Lim  ,  S.  S.,  Seo,  S.  K.,  Cho,  K. M.,  K.  Bang  ,  S.,  Oh,  B.  T.,  2015, Extraction, Characterization, and
Catalytic  Potential  of  Amorphous
Silica  from  Corn  Cobs  by  Sol-Gel
Method, J.  Ind.  Eng.  Chem ,  29  (25); 298-303